DE1945288A1

DE1945288A1 - Zeitmultiplexsystem

Info

Publication number: DE1945288A1
Application number: DE19691945288
Authority: DE
Inventors: Robert Hoyler
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-09-26
Filing date: 1969-09-06
Publication date: 1970-04-16
Also published as: JPS519963B1; FR2018943A1; ES371200A1; BE739215A; US3588709A; GB1296064A; SE351345B; CH514255A

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER 194 5288

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 -Schadowplatz 9

Düsseldorf, 5. Sept. 1969

40,090
6978

•Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

,Zeitmultiplexsystem

.Die vorliegende Erfindung betrifft synchron zeitsteuernde Systeme, bei denen ein entfernt angeordneter Zähler durch impulsförmige Zähl- und Ilückstellsignale von einer Synchronisierstelle aus angetrieben wird, insbesondere eine Anordnung, die dabei automatisch Störungen im Synchronlauf anzeigt.

Ein derartiges synchron zeitsteuerndes System, bei dem es auf einen einwandfreien Synchronlauf entscheidend ankommt, wird in der US-Patentanmeldung Ser. No. 762,563 vom 25. Sept. 1963 beschrieben. Das dort beschriebene System dient zur Multiplexübertragung von Zugsteuersignalen an eine Reihe verschiedener Signalstationen eines Zugsteuersystems.

In Verbindung mit einem solchen Multiplexsystem finden Signalfolgen entsprechend einem an sich allgemein bekannten sog, •'trennzeichenfreien" Binärcode Verwendung, Diese Codes bringen den Vorteil mit sich, daß sich damit auf elektronischem Wege leicht die Anwesenheit normal codierter Daten von zufällig auftretenden Binärdaten unterscheiden läßt. Es läßt sich zeigen, daß eine Störung im •Synchronlauf einer einzelnen Multiplex-Empfangsstation dazu führen kann, daß Signale an eine falsche Signalstat ion bzAV. von einer falschen Signalstation abgegeben werden. Zu den eventuellen kata-

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strophalen Auswirkungen einer solchen falschen Signalabgabe gehört auch die Möglichkeit, daß es zu Zusammenstößen von Personenzügen und damit zu Verlusten an Menschenleben kommen kann, Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher in erster Linie dieSchaffung einer Anordnung, die eine unmittelbare Erfassung einer Störung des Synchronlaufes gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein synchron auf eine periodische Synchronisier-Impulsfolge mit N Zeitabschnitten ansprechendes Zeitmultiplexsystem, mit einem zur Erfassung der Impulsfolge geeigneten, auf Null rückstellbaren und bis N zählenden Zähler erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisier-Impuls folge in Ii-I Zeitabschnitten jeweils einen Zeitimpuls aufweist, ferner einen verbleibenden zeitimpulsfreien Zeitabschnitt enthält, der sich in einer vorgegebenen Relativlage zu der Impulsfolge befindet, und daß eine Rückstellschaltung zur Rückstellung des Zählers in Koinzidenz mit dem verbleibenden, zeitimpulsfreien Zeitabschnitt vorgesehen ist.

Durch Verwendung einer periodischen Impulsfolge mit Zähl- oder Zeitimpulsen, deren Anzahl um einen Impuls niedriger liegt als der Kapazität des Zählers entspricht,und durch Auswertung der Impulslücke als Synchronisiermarke ist es möglich, Störungen im Synchron lauf zu erfassen. Durch Zählung der Impulse (bits) können die Empfangsstationen in Synchronismus mit dem synchronisierenden Signalgeber gehalten werden. Weist die Rückstellung eine Störung auf j so läuft der Zähler langsam weg und liefert damit eine erfaßbare Zufallsinformation,anstatt unentdeckt mit einem möglicherweise falschen Synchronisier-Zeitabschnitt in Schritt, zu fallen.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. ί ' 'schematisch ein Blockschaltbild eines Mul-tiplexsy stems entsprechend der vorliegenden Erfindung;

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INSPECTED

- s - 1 9^288

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Synchrouisier-Impulsfolge, wie sie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung Verwendung findet; -

Fig. 3 -"" Einzelheiten einer Empfangsstation des Systems der ■ Fig. 1; ■

Fig. 4 in Form eines Blockschaltbildes weitere Einzelheiten der Fig. 3 sowie eine Gruppe von die zugehörige Arbeitsweise erläuternden Impuls- bzw. Signalfolgen; und

Fig. 5 ein Blockschaltbild mehrerei· Empfangsstationen des Systems der Fig. 1, zusammen mit die entsprechende Arbeitsweise veranschaulichenden Impulsfolgen.

,7ie im einzelnen mit der Zeichnung, insbesondere Fig. 1 und 3 veranschaulicht, weist ein der Erfindung zugrunde liegendes, allgemein mit Io bezeichnetes Zeitmultiplexs3'stem einen einer Empfangsstation zugeordneten Zähler a\if, der über ein Gynchronisiersignal mit dem Zähler einer Sende- oder Geberstation synchronisiert ist.

Ents->rechcnd dor vorliegenden Erfindung ist als Synchronisiersignal eiuc periodisch wiederkehrende binäre Impulsfolge mit 32 regelmäßigen Zeitabschnitten vorgesehen, von denen die ersten 31 Abschnitte einen Zeitimpuls enthalten, während im 32. Abschnitt ein solcher Impuls fehlt. Die Ausbildung einer solchen Impulsfolge ist mit Fig. 2 wiedergegeben. Danach tritt für jeden der dargestellten Zeitabschnitte 22 - 31, nicht aber für den Zeitabschnitt 32 ein Zeitimpuls auf. Das Fehlen eines Zeitimpulses während des Zeitabschnittes 32 dient zur Synchronisierung des Systems sowie zur Rückstellung. lehrend der an den Zeitabschnitt 32 ohne Zeitoder Zählimpuls anschließenden Zeitabschnitte 1 und 2 (ebenso wie während der der Einfachheit halber nicht dargestellten Zeitabschnitte 3 - 21) tritt jeweils wieder ein Zeitimpuls auf»

Dar Synchron-'r,'.f::·"·.! "-^a' —\.-.--I von einem Signalgeber 12 (Fig. 1) er- und dann über eine Synchronisierleitung mit 31 gleicharti-

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^BAD ORIGINAL

geh Empfangsstation lOl, 102 ... 131 gekoppelt. Das System 10 hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie der zur Aussendung eines Zugsteuersignals an längs der Wegstrecke angeordnete Empfangsstationen dienende Signafeeber der erwähnten Patentanmeldung. Dort beträgt die Signal-bit-Frequenz des Synchronisiersignals 576 Signal-bits/sec. Der Multiplex-Signalgeber 12 liefert außerdem ein Informationssignal, das über eine Informationsleitung 16 in Zeitmultiplex-Zuordnung mit jeder der 31 Multiplex-Empfangsstationen gekoppelt ist. Das Auftreten eines Zeitimpulses während eines Zeitabschnittes entspricht einem EINS- oder EIN-Signal, während das Fehlen eines solchen Zeitimpulses ein NULL- oder AUS-Signal repräsentiert. Während des ersten Zeitabschnittes der Impulsfolge v/ird ein für die erste Empfangsstation lOl bestimmtes Signal-bit, während des folgenden zweiten Zeitabschnittes ein Signal-bit für die zweite Empfangsstation 102 usw. ausgesandt, bis der 32. Zeitabschnitt erreicht ist. Während dieses32.Zeitabschnittes dient das Fehlen eines Zeitimpulses zur Synchronisierung des Signalübertragungssystems. Die gesamte aus 31 Zeitabschnitten mit Zeitimpul-* sen \ind einem der Rückstellzeit entsprechenden 32. Zeitabschnitt ohne Impuls bestehende Impulsfolge stellt das Multiplexwort dar. (Dabei ist darauf hinzuweisen, daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen werden kann, um den 32. Zeitabschnitt auszuwerten.)

In Fig. 3 sind die Informationsleitung 16 und die Synchronisierleitung 14 zu erkennen, die die erste Multiplex-Emnfangsstation lOl mit Information speisen. Die Synchronisierleitung 14 liefert die mit Fig. 2 gezeigte Impulsfolge an einen Zähler 18a, der in herkömmlicher Weise als Binärzähler für die Zählung der aufeinanderfolgenden Signal-bits arbeitet. Der Zähler 18a enthält fünf Flip-Flop-Stufen, so daß bis 32(= 2 ) gezählt werden kann. Ein im prinzip von einer UND-Schaltung gebildetes Abfrage-Gatter 20a ist mit seinen Eingängen so an die Ausgänge des Zählers 18a angeschlossen, daß es auf einen bestimmten Zustand des Zahlers anspricht. An der ersten Empfangsstation wird nach Erfassung des ersten Zeitimpulses durch den Zähler 13a von'dementsprechend angeschlossenen Abfrage-Gatter 20a ein zur Vorbereitung eines Austast-Zllaltekreises (sample and hold circuit) 22a geeignetes Hisgangssignal abgegeben. Das von dem Abfrage-

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Gatter 20a abgegebene Signal bereitet den Kreis. 22a so vor, daß er während des ersten, der Empfangsstation 101 zugeordneten Zeitabschnittes sowohl auf ein EIN- als auch auf ein AUS-Signal ansprechen kann. Während des 32. Zeitabschnittes tritt eine Rückstellschaltung 24a in Funktion, die den Zähler 18a auf den Binärwert NULL zurückstellt (wie das im einzelnen im nächsten Absatz beschrieben wird). Die Informationsleitung 16 ist unmittelbar mit dem Schalteingang des Austast-/Haltekreises (Flip-Flops) 22a gekoppelt. Eine NICHT-Stufe 26a invertiert das über die Informationsleitung 16 zugeführte Signal und speist dann den Rückstell-Eingang des Kreises 22a mit diesem invertierten Signal. Die von dem. Austast-/Haltekreis 22a empfangene Binärinformation wird anschließend einem geeigneten Verbraucherkreis zugeführt, der beispielsweise von einem Gleis-Überwachungsblock 28 gebildet sein kann, wie er in der vorgenannten Patentanmeldung erläutert wird. Bei der Übertragung des Infbrmationssignals an den Verbraucherkreis wird durch weitere Schaltelemente, die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, für eine geeignete Trennung gesorgt.

Der Einzelaufbau der Rückstellschaltung 24 sowie dessen Y/irkungsweise veranschaulichende Signalfolgen sind mit Fig. 4 wiedergegeben. Die Synchronisierleitung 14 führt das mit dem Diagramm 4A gezeigte Synchronisiersignal. Dieses Synchronisiersignal beaufschlagt den einen Eingang eines UND-Gatters 30, außerdem einen Resonanzkreis 32, dessen Resonanzfrequenz gleich der Multiplex-Frequenz ist. Infolge der eintretenden Eigenschwingung des Resonanzkreises 32 bleibt das Signal in der mit dem Diagramm 4B gezeigten Form auch während des ohne Zeitimpuls bleibenden 32. Zeitabschnittes bestehen. Ein Verstärker mit einer geeigneten Begrenzerstufe formt die Impulsfolge des Diagrammes 4B in die mit dem Diagramm 4C gezeigte Rechteckimpulsfolge um, die dann im Gegensatz zu der Impulsfolge entsprechend Diagramm 4A an der Stelle des 32. Zeitabschnittes, der in dem Diagramm 4A ohne Impuls bleibt, mit einem Impuls versehen ist. Infolge einer durch Signalverzögerung und geeignete Polaritätswahl auftretenden Signalinversion erhält das UND-Gatter 30 nur während des 32. Zeitabschnittes gleiche Signale, so daß sie auch nur während des 32. Zeitabschnittes der Synchronisier-Impuls-

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folge 4A entsprechend dem Diagramm 4D ein Rückstell-Ausgangssignal abgibt.

Anhand der Fig. 5 wird die Wirkungsweise· des Multiplexsystems 10 in Verbindung mit Empfangsstationen 101, 102, ... 131 beschrieben. Für die Empfangsstation 101 wird angenommen, daß sich der Austast-/ Haltekreis 22a vor Beginn der dargestellten Multiplexwort-Periode in seinem NULL-Zustand befindet, wie das mit der Kurve 5A5 gezeigt ist. Das Signal der Informationsleitung 16, beispielsweise ein EIN-Impuls 36 der Kurve 5A3, beaufschlagt den Eingang des Kreises 22a während des ersten Zeitabschnittes. Die Kurve 5A4 zeigt den Zeit-Vorbereitungsimpuls 38 des Abfrage-Gatters 20a, das so angeschlossen ist, daß es nur bei Speicherung eines Binärwertes EINS bzw. OOOOl im Zähler ISa anspricht. Das Abfrage-Gatter 20a arbeitet insofern ähnlich wie ein allgemein bekanntes UND-Gatter, das den Ausgangswert EINS der ersten Flip-Flop-Stufe und den Ausgangswert AUS bzw. NULL der anderen Flip-Flop-Stufen erfaßt. Der Zeit-Vorbereitungsimpuls 33 (Kurve 5A4) des ersten Zeitabschnittes beaufschlagt den Austast-/Haltekreis 22a, so daß dieser vorbereitet v/ird. Von der Funktion her handelt es sich bei dem Kreis 22a um ein Flip-Flop, das über seinen .Takteingang (mittlerer Eingangspfeil auf der linken Seite des Kreises 22a) so betätigt wird, daß eine Austastung des von der Informationsleitung 16 geführten In- » formationssignals, beispielsweise ein Signal mit dem Wert EINS entsprechend Kurve 5A3, erfolgt. Die für den Austast-/Haltekreis 22a maßgeblichen Verhältnisse bei Übergang in den EINS-Zustand sind mit der Kurve 5A5 wiedergegeben. Die Rückstellschaltung 24a liefert eine Impulsfolge entsprechend der Kurve 5A2.

Bezüglich der Empfangsstation 102 sei angenommen, daß sich der Austast-/Haltekreis 22b vor Beginn des Multiplexwortes in seinem NULL-Zustand befindet und daß die Informationsleitung 16 für den zweiten Zeitabschnitt ein NULL^-Signal führt. Dieses NULL-Signal passiert die NICHT-Stufe 26b, so daß der Kreis 22b den Zustand NULL aufweist. Wenn somit für einen bestimmten Zeitabschnitt ein Impuls über die Informationsleitühg 16 zugeführt wird, so geht der zugeordnete Austast-/Haltekreis 22 in seinen EINS-Zustand

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über, Avälirend ein NULL-Signal (Fehlen eines Impulses), das während eines bestimmten Zeitabschnittes in der Informationsleitung 16 auftritt, infolge seiner Inversion durch die NICIiT-Stufe 26 den zugeordneten Austast-/Haltekreis in seinen NULL-Zustand übergehen läßt.

In entsprechender Weise wird auch ein Austast-/Haltekreis 22ee der Empfangsstation 131 während des 31. Zeitabschnittes des Multiplexwortes aus seinem NULL-Zustand in seinen EINS-Zustand'überführt.

Insgesamt wird somit für jeden von dem Abfrage-Gatter 20a an den Austast-/Haltekreis 22 abgegebenen weiteren Zeit-Vorbereitungsimpuls der Signalwei-t der Informationsleitung 16 aus- bzw. abgetastet, und sofern es sich \im. ein EINS-Signal handelt, geht der Austast- und Haltekreis 22 dementsprechend ebenfalls in den EINS-Zustand über. Führt die Informationsleitung 16 dagegen das Signal 3¹TIJLL, so wird der Zustand (und damit das Ausgangssignal) des Austast-Haltekreises 22 über die NICHT-Stufe 26 in den NULL-Zustand (und damit einen niedrigen Ausgangswert) gebracht.

Damit wird verständlich, weshalb der eine Impuls ausgespart wird, anstatt den Zähler für 32 Impulse durchzählen zu lassen und dann rückzuatellen. Sollte es .nämlich zu einer Störung in der Hückstellschaltung kommen, wird dadurch eine solche Störung mit größerer Wahrscheinlichkeit entdeckt. Denn es käme dann mit Rücksicht darauf, daß der Zähler in der Lage ist, 32 Impulse zu zählen, aber nur 31 Impulse für jedes Multiplexwort übertragen werden, in dem Zahler zu einer schrittweise vorrückenden Abnahme. Wenn einer entsprechenden Empfangsstation beispielsweise der fünfte Zeitabschnitt zugeordnet ist, so erfaßt der Zähler für den nächsten Zyklus nach Eintritt der Störung in der Rückstellschaltung den Zeitimpuls des vierten Zeitabschnittes, dann den Zeitimpuls des dritten Abschnittes und so fort, so daß bedeutungslose Information erhalten wird. Die Erfindung ist in solchen Amvendungsfiillen von besondei^em Wert, in denen die erhaltene bedeutungslose Information durch einen Rückkopplungsvergleich ermittelt werden kann, der dazu dient, die Störung der jlückste3 !schaltung anzuzeigen. Ein Beispiel dafür wäre

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ORlGtNAi.

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das Bündeln (multiplexing) der menschlichen Sprache. Ein weiteres, wenn auch diffizileres Beispiel stellt das System für die Übertragung von Zugsteuersignalen an längs der Gleisstrecke aufgestellte Signaleinheiten entsprechend der eingangs genannten Patentanmeldung dar. Die dort beschriebene Codierung entspricht dem herkömmlichen trennzeichenfreien Binärcode. Bei normalem Betrieb eines Übertragungskanals mit diesem Code bildet die codierte Information vorgegebene Kombinationen binärer Signale. Mit Hilfe einfacher logischer Schaltungen kann der Kanal im Hinblick auf diesen Code elektronisch überwacht werden. Das schrittweise vorrückende Abfallen eines Zählers einer Multiplex-Empfangsstation würde zu in unbestimmter Form codierter Information führen, was dann unmittelbar festgestellt würde. Die Zugsteuerung würde derartige Information als Störung der Anlage werten und den Zug sicher zum Anhalten bringen. .

Patentansprüche:

ORIGINAL INSPECTED

Claims

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1. Synchron auf eine periodische Synchronisier-Impulsfolge mit N Zeitabschnitten ansprechendes Zeitmultiplexsystem, mit einem zur Erfassung der Impulsfolge geeigneten, auf NULL rückstellbaren und bis N zählenden Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisier-Impulsfolge (5Al, 5Bl ... 5EEl) in N-I Zeitabschnitten jeweils einen Zeitimpuls aufweist, ferner einen verbleibenden zeitimpulsfreieiv Zeitabschnitt enthält, der sich in einer vorgegebenen Relativlage zu der Impulsfolge befindet, und daß eine Rückstellschaltung (24) zur Rückstellung des Zählers (18) in Koinzidenz mit dem verbleibenden, zeitimpulsfreien Zeitabschnitt vorgesehen ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellschaltung (24) einen Resonanzkreis (32) aufweist, dessen Eingang an einer die Synchronisier-Impulsfolge führenden Synchronisierleitung (14) liegt und der eine der Dauer der einzelnen Zeitabschnitte der Synchronisier-Impulsfolge entsprechende Resonanzfrequenz hat, daß der Resonanzkreis dementsprechend ausgangsseitig eine Impulsfolge abgibt, die in allen N Zeitabschnitten einen Zeitimpuls aufweist, und daß der Ausgang des Resonanzkreises (32) einerseits und die die Synchronisier-Impulsfolge führende Informationsleitung (14) andererseits gemeinsam eine Vergleichsschaltung zur Erfassung des Auftretens des verbleibenden, zeitimpulsfreien Zeitabschnittes speisen.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitimpulse der N-I Zeitabschnitte bezogen auf die Zeitimpulse benachbarter Zeitabschnitte als Rechteckimpulse ausgebildet sind, daß dem Resonanzkreis (32) unmittelbar ein Verstärker (34) mit einer Begrenzerschaltung nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsimpulse gegenüber den Zeitimpulsen der Synchronisier-Impulsfolge der Synchronisierleitung (14) um 180° phasenverschoben sind, und daß die Vergleichsschaltung ein UND-Gatter (30) aufweist.

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4». Verfahren, zum ze it synchronen Antrieb eines Zählers, der an einer van einer Synchronisierstelle entfernten Station angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (18) vo.n der Synchronisierstelle aus mit einer periodischen Impulsfolge mit N Zeitabschnitten gespeist, dabei für N-I der N Zeitabschnitte ein Zeitimpuls vorgesehen, der dabei zeitimpulsfrei verbleibende Zeitabschnitt in eine vorbestimmte Lage relativ zu der Synchronisier-Impulsfolge gebracht, das Fehlen eines Impulses während eines Zeitabschnittes an der von der Synchronisierstelle entfernten Station erfaßt und der Zähler (18) in Abhängigkeit davon atif Null rückgestellt wird.

KN/sch 5

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ORIGINAL INSPECTED

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